引言

本文研究采用射频磁控溅射法在室温下在聚合物衬底上制备了透明半导体氧化锌锡铟(IZTO)薄膜，并研究了其在盐酸溶液中的湿式化学蚀刻特性。研究表明，沉积过程中o2流速的控制是由于IZTO薄膜电阻率的变化，导致了导体-半导体电导率的转变。随着蚀刻溶液的蚀刻剂摩尔浓度和温度的增加，根据化学溶解反应，IZTO薄膜的刻蚀速率增加。结果，成功地定义了IZTO有源通道，这为应用于柔性透明薄膜晶体管提供了足够的可能性。

实验

采用rf-磁控溅射法，在室温下，在Ar和o2的混合物中，将IZTO薄膜沉积在聚乙烯衬底上。实验中使用的3英寸溅射目标的组成为In2O3：氧化锌：氧化锡¼90：7：3的重量比，纯度为99.99%。半导体IZTO薄膜采用传统的光刻方法对其进行图形化。蚀刻在盐酸溶液中作为蚀刻剂浓度和蚀刻温度的函数进行，蚀刻过程后，样品用去离子水冲洗，用*酮丙**剥离光刻胶，然后在n2流动中干燥薄膜。为了检验IZTO薄膜的结晶度，我们进行了x射线衍射的测量，利用Vander通过霍尔效应测量获得了IZTO薄膜的电学性能，利用紫外可见光分光光度计在可见光区域测量了薄膜的透光率特性。

结果和讨论

图1显示了溅射沉积过程中的o2流速对IZTO薄膜沉积速率的影响。可以观察到，当氧流量增加时，薄膜的沉积速率逐渐降低，沉积速率随o2流速的减小是由于恒压下氩分数的相对降低，导致目标材料的溅射产率降低。虽然沉积速率随o2流速的变化而变化，但通过溅射时间的控制，沉积的IZTO薄膜的厚度固定在约100nm处，FE-SEM扫描电镜的截面图像证实了这一点。

图1

图2

图2显示了IZTO薄膜的电学性能与氧流量的关系。从图2中可以看出，随着氧流量的增加，薄膜的电阻率增大，而霍尔迁移率和载流子浓度减小。众所周知，TCO薄膜电阻率的变化是由于载流子浓度和霍尔迁移率的变化的综合效应，而这又与氧空位有关。因此，值得注意的是，在纯氩环境中沉积的IZTO薄膜的电阻率约为3.5104Xcm，可作为TTFT器件的源极、漏极和栅极。此外，也不能排除TTFT的通道材料必须具有低载流子密度和高载流子迁移率。

图3

半导体IZTO薄膜在波长范围内分布在350~800nm之间的光透射光谱如图3所示，为了进行比较，还指出了PEN衬底的透射率,分别得到了PEN衬底和IZTO薄膜的86.5%和86%在550nm波长下的光透光率。这一结果表明，半导体IZTO薄膜在可见区域是透明的。根据上述结果，可以得出以12sccm氧流量沉积的IZTO薄膜是高光学透明的非晶半导体，可应用于TTFT器件的通道层，并对湿化学蚀刻特性进行了后续研究。

图4

图4(a)和(b)分别表示反应温度对不同盐酸摩尔浓度下IZTO半导体蚀刻速率的影响，以及相应的对数图作为倒数温度的函数图。如图4(a)所示，可以很容易地发现，蚀刻速率随蚀刻温度和蚀刻剂浓度的增加而增大。目前已知，湿蚀刻反应速率可以通过改变溶液浓度和反应温度。另外，从图4(a)中插入的图来看，在25C的反应温度下，在2.97M盐酸浓度下，IZTO蚀刻速率约为0.3nm=sec，符合工业工艺的要求。蚀刻速率随温度的变化与化学蚀刻活化能有一定的关系，蚀刻速率对数的线性图表明，在25~60c之间的反应中，符合阿伦尼乌斯关系，然后根据这些图的斜率计算活化能。

如图4(b)所示，计算出的用盐酸酸蚀刻IZTO薄膜的活化能为48.7~68.9kJ=mol。这些高值可以用化学溶解反应[17]而不是电化学反应来解释。

图5

图5显示了在25C下，经过2.97M盐酸浓度的湿化学蚀刻后的模式图像(a)和蚀刻轮廓(b)。在图5(a)中，很明显，IZTO薄膜通过溶解和剥离去除，显示了明确的通道。此外，也无法观察到表面残留副产物和欠切图案的出现，这是由于相对较低的蚀刻速率和足够的光刻胶厚度来保护图案。但是，由于非晶半导体的湿化学蚀刻的各向同性蚀刻特征，难以获得蚀刻图案的陡峭侧壁倾斜，如图5(b)所示。

综上所述，采用射频磁控溅射技术制备了透明的非晶态IZTO薄膜。在沉积过程中，可以通过改变溅射气体中的o2分数来控制IZTO薄膜的电阻率，从而导致导体-半导体的电导率跃迁。随着盐酸摩尔浓度和蚀刻溶液温度的增加，半导体IZTO薄膜的蚀刻速率随化学溶蚀反应的机理而提高。此外，在室温下的稀盐酸溶液中，得到了良好的IZTO通道模式。因此，在此基础上，我们认为采用射频磁控溅射法制备半导体IZTO薄膜以及随后在盐酸溶液中的湿化学蚀刻是在柔性TTFT中制备活性通道的合适方法。因此，还需要对柔性IZTO基TTFT器件的性能进行系统的研究，以研究和确定柔性透明显示的优化条件。